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拉線位置傳感器的測量原理和選擇的注意事項(xiàng)

發(fā)布時(shí)間:2023-05-11 18:05:41人氣:

  盡管許多工程師都熟悉拉線位置傳感器,但本文作為一個(gè)有用的清單,列出了在指定傳感器之前應(yīng)考慮的最重要因素,以及該測量原理的優(yōu)點(diǎn)和局限性。


  根據(jù)行業(yè)和應(yīng)用的不同,拉線位置傳感器通常被稱為電纜傳感器、拉線傳感器、弦電位器、拉線傳感器、悠悠球、線性位置弦軸和弦編碼器。但是,在本文中,我們將這些傳感器稱為拉線位置傳感器。


  一、測量原理


  拉線測量原理是一種接觸式測量技術(shù)。拉線位置傳感器是一種簡單而可靠的測量位移、位置和運(yùn)動(dòng)的方法。拉線傳感器的原理相對簡單,因此具有固有的可靠性。該傳感器的工作原理與卷尺類似,但使用拉線傳感器時(shí),用戶無需讀取延長卷尺的測量值。自動(dòng)測量纏繞鋼絲的滾筒的旋轉(zhuǎn),測量信號以模擬或數(shù)字格式輸出。


  拉線傳感器基本上由線、鼓和彈簧驅(qū)動(dòng)電機(jī)(稱為機(jī)械裝置)以及用于測量信號生成的電位計(jì)或編碼器組成。當(dāng)需要使用低成本緊湊型傳感器實(shí)現(xiàn)大測量范圍時(shí),可使用拉線傳感器。通常,電線由薄編織鋼(具有柔韌性和高抗拉強(qiáng)度)制成,并涂有聚酰胺以保護(hù)環(huán)境。平均而言,導(dǎo)線的厚度約為0.8毫米,具體取決于測量范圍。


  使用拉線傳感器,將線性運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。電線的自由端固定在移動(dòng)的物體上。導(dǎo)線的開口端是一個(gè)用于固定到測量對象的孔眼或螺紋軸(用戶可選擇)。隨后,編碼器將由導(dǎo)線延伸產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為電子信號。彈簧驅(qū)動(dòng)電機(jī)提供足夠的鋼絲預(yù)張力。這是一個(gè)具有類似于發(fā)條力學(xué)的扭矩負(fù)載的螺旋彈簧。拉出的線越多,彈簧的張力就越大。這具有減少水平設(shè)置中的線下垂的優(yōu)點(diǎn)。


  二、典型應(yīng)用


  拉線位置傳感器的應(yīng)用廣泛應(yīng)用于許多不同的行業(yè)。最常見的應(yīng)用包括液壓缸位置測量;升降平臺(tái)/剪叉式升降機(jī);非公路車輛;汽車和航空航天測試;工廠自動(dòng)化;醫(yī)療器械,如手術(shù)臂和手術(shù)臺(tái);建筑物、平臺(tái)和工廠的結(jié)構(gòu)監(jiān)測;工業(yè)機(jī)械及自動(dòng)化;實(shí)驗(yàn)室和試驗(yàn)臺(tái)。


  三、在選擇拉線位置傳感器之前,應(yīng)考慮許多因素:


  1.測量范圍和緊湊性


  拉線傳感器的典型測量范圍為50毫米至50,000毫米(50米),但這取決于傳感器供應(yīng)商。尺寸、緊湊性和重量都是需要考慮的重要因素,尤其是在傳感器需要安裝在難以接近的位置時(shí)。傳感器外殼相對于測量范圍的尺寸也可能是一個(gè)關(guān)鍵因素,特別是如果外殼的尺寸需要相對較小以實(shí)現(xiàn)較大的測量范圍。


  2.OEM定制能力


  供應(yīng)商提供定制傳感器設(shè)計(jì)以適應(yīng)大批量OEM應(yīng)用的能力也可能對您的項(xiàng)目至關(guān)重要。在這種情況下,尋找能夠提供許多改進(jìn)的傳感器變體的供應(yīng)商,以及在需要時(shí)開發(fā)全新傳感器規(guī)格的能力。一些供應(yīng)商為大批量應(yīng)用提供不同的外殼材料,例如鋁或低成本塑料版本。還值得檢查供應(yīng)商能夠以多快的速度提供OEM修改后的傳感器設(shè)計(jì),以及他們在當(dāng)?shù)爻钟卸嗌倏梢暂p松修改的庫存。供應(yīng)商能夠?qū)⒉煌膫鞲衅髟蜏y量范圍與不同的外殼選項(xiàng)相結(jié)合,這意味著可以為幾乎任何OEM應(yīng)用提供理想的拉線傳感器。


  3.輸出選項(xiàng)


  傳感器需要哪些電氣輸出選項(xiàng)?原則上,所有市售且尺寸合適的旋轉(zhuǎn)位置傳感器均可用作拉線傳感器中的傳感器元件。這支持多種不同的輸出信號,從模擬信號(例如電位計(jì)、4...20 mA、0...10 V)到增量信號(例如TTL、HTL、SSI)和數(shù)字現(xiàn)場總線(CANopen、CANBUS、現(xiàn)場總線等)。幾乎所有常見的接口都可以實(shí)現(xiàn)。大多數(shù)傳感器供應(yīng)商可以提供電位計(jì)、電壓、電流、增量和絕對編碼器。


  4.設(shè)計(jì)穩(wěn)健性和力學(xué)


  拉線傳感器往往非常穩(wěn)健,特別是如果制造商在其設(shè)計(jì)中僅使用高精度組件。如果是這種情況,傳感器將受益于比平均壽命更長的使用壽命。由于電位器和電線等傳感器組件容易磨損,因此它們的使用壽命有限,并且很大程度上取決于所使用的電位器或編碼器的質(zhì)量。


  5.環(huán)境保護(hù)


  拉線傳感器的環(huán)境保護(hù)級別因供應(yīng)商而異。通常,防護(hù)等級從IP54到IP68,使得一些傳感器適用于極端工業(yè)環(huán)境。如果傳感器安裝在高壓環(huán)境中或?qū)?dǎo)電材料的干擾敏感,則需要對其進(jìn)行充分保護(hù)。一些供應(yīng)商可以提供塑料線而不是鋼絲,以及塑料電纜連接器。


  6.特殊應(yīng)用


  用于醫(yī)療應(yīng)用的拉線傳感器通常使用多絲螺旋線或混合電位計(jì)。這些以可承受的價(jià)格為許多應(yīng)用提供了必要的性能。這兩種類型的區(qū)別在于它們各自的使用壽命。而帶有線電位計(jì)的拉線傳感器被限制在大約使用混合電位器可實(shí)現(xiàn)200,000次循環(huán),最高可達(dá)100萬次循環(huán)。


  當(dāng)對使用壽命和/或精度提出更高要求時(shí),可以依賴基于編碼器的傳感器元件,例如CT掃描臺(tái)。在這里,需要實(shí)現(xiàn)高達(dá)+/-0.01%測量范圍的線性度和相當(dāng)長的使用壽命。此外,位移傳感器將需要通過數(shù)字接口進(jìn)行控制,這些接口越來越多地進(jìn)入醫(yī)療技術(shù)領(lǐng)域。

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